pdf.php@id=6170
.pdf
сопротивления, соответствующие первому приближению при к* о, снимают показания приборов и т.д.
Напряженность однородного электрического поля следует определять каждый раз после установки новых значений пе ременных сопротивлений модели.-
Обратимся теперь к оценке погрешности электромодели рования нагруженности упругих целиков. Эта погрешность, помимо методической, связанной с заменой реального явле ния его приближенной моделью, накапливается из трех источников.
Первый характеризуется погрешностью измерительных приборов, линейки, штангенциркуля, планиметра и других, иопольэуемых при определении размеров модели, и погреш ностью элементов конструирования модели - приклеивания или закрепления посредством специальных зажимов электро проводных шин к бумажной-модели, изготовления электродов на стеклотекстолитовой модели, припайки к ним токоотводов, наконец, установка последней в электролитической ванне.
Ко второму относятся погрешности (искажения)электриче ского поля внутри сплошной проводящей среды под действием факторов, вызывающих ее электрическую неоднородность. Та кие неоднородности могут иметь как локальный, так и ре гиональный характер. Локальная неоднородность вызывается механическими повреждениями, инородными включениями ; электропроводной бумаги и изменением концентрации ионов, образованием пузырьков газа в приэлектродной области при протекании электрохимических реакций в электролитической ванне. Региональная неоднородность порождается изменением толщины листа, плотности и концентрации электропроводных компонентов (газовая сажа, графит) при изготовлении электро проводной бумаги, а также электропроводности электролита из-за температурного градиента в электролитической ванне.
Третий источник погрешности связан с измерением электри ческих параметров модели. Эти ошибки из-за искажения • электрических параметров модели измерительными приборами, например, при измерении силы тока или падения напряжения, легко устранимы. Погрешность электроизмерительных приборов обычно известна.
4 2
Наибольшая погрешность при моделировании, посредством электропроводной бумаги возникает из-за ее неоднородности, электролитической ванны - из-за мелкомасштабности модели и изменения. высоты целиков путем припайки токоотводов к электродам. Величины погрешностей возможно, оценить лишь с помощью дополнительных (тарировочных) моделей. Если моделирование производят на электропроводной бумаге, то для тарировки можно изготовить модель бесконечной после довательности равноотстоящих друг от друга одинаковых ленточных целиков. Такая модель выполняется из того же листа электропроводной бумаги, что и рабочая модель причем в масштабе, близком к рабочей модели. Отклонение величины тока, проходящего через электроды тарировочной модели, от значения, соответствующего полной нагрузке ;на целик, явля ется суммарной погрешностью /1 8 /
<J |
\ |
(2.4) |
где И - количество моделируемых одинаковых целиков, на ходящихся в идентичных условиях.
Погрешность измерения электрических параметров модели можно определить как
£„ = £4, + £ ( £ * + £ , ) , |
(2.5) |
где <^п', f Е ^ — допустимые погрешности электроизме рительного прибора при определении напряжения, сопротивле ния и силы тока в модели.
Определенная таким путем погрешность, обусловленная неоднородностью проводящей среды и изготовлением модели, в силу идентичности используемого материала, условий экспе римента и характера электрических полей тариррвочной и рабочей моделей позволяет определить общую относительную
погрешность моделирования нагруженности целиков на электро проводной бумаге:
(2.6 )
4 3
где У - число приближений. Это отношение указывает на возрастание относительной ошибки с увеличением числа при ближений. Однако экспериментально это не подтверждается, предел относительной погрешности, вносимый измерительными приборами, при любом числе приближений выражается равен ством (2.5).
Для цифровых измерительных приборов выполняется
условие: |
|
£„ « £„ |
(2.7) |
и общая погрешность моделирования обусловлена средней квадратической, погрешностью. Если это условие не выпол няется, то, принимая во внимание предел допустимой погреш ности прибора
|
£n - ± [ a + t ( § * - l ) ] , |
(2. 8 ) |
где |
- класс точности прибора; С* и С |
- конечное |
значение диапазона измерения и измеряемое значение вели чины, необходимо снизить этот предел так, чтобы конечное и измеряемое значения были близки друг к другу. Последнего можно добиться, изменяя напряжение питания модели при измерении разности потенциалов и повышая электропровод ность электролита при определении удельной электропровод ности среды.-
Опыт показывает, что для устранения погрешности, свя занной с перепадом температуры, моделирование в электро литической ванне следует начинать не ранее, чем через 3 ч с моМента смены электролита.
2 .2. Экспериментальные установки
Излс женныв’ электрические модели реализованы на спе циальных устройствах —•электроаналоговых установках для необходимого изменения граничных условий и структуры мо дели, а также осуществления ее связи с регистрирующими приборами.
Для' удобства моделирования нагруженности ленточных
4 4
целиков построена аналоговая установка (рис. 2?*). Она сос тоит из электроинтегратора для моделирования двухмерных потенциальных полей, описываемых уравнением Лапласа, на борного поля для установки съемных переменных сопротив лений, цифрового измерительного прибора и коммутационной панели. Наборное поле содержит 30 пар гнезд для установки потенциометров, номиналы которых зависят от условий за дачи и выбранных масштабных коэффициентов.
Коммутационная панель имеет клеммы подключения вольт метра, амперметра, омметра и источника питания к электро интегратору, для регистрации необходимых электрических паграметров модели. Кроме того панель имеет выводы для под ключения двухполяр;но1|о зонда, чтобы снимать картину рас пределения потенциалов на рабочем поле интегратора.
В качестве цифрового измерительного прибора использо
ван ампервольтомметр Р 3 86 |
с классом точности при изме |
|
рении напряжения |
постоянного |
тока 0 ,0 6 /0 ,0 2 , силы по |
стоянного тока 0 |
,1 /0 ,0 4 и сопротивления постоянному току |
|
О Д /0 ,04 . Электроаналотовая |
установка позволяет модели |
|
ровать яагруженность до 30 |
ленточных целиков, включая ши |
|
рокие опорные.
Для моделирования нагруженности целиков произвольной формы в плане построена электроаналоговая установка с ав томатическим измерением электрических параметоов модели (рис. 3*).
Укажем функциональное назначение, устройство и принцип работы основных блоков электГроаналоговой установки: электро интегратора, многоканального коммутатора, блока автомати ческого опроса, наборного поля, блока структурного соеди нения, блока управления и синхронизации, наконец, цифрового измерительного комплекса (см. блок-схему).
Электроинтегратор трехмерных полей типа Лапласа служит для моделирования поля гармонической функции, посредством которой представлено решение контактной задачи о давлении целиков (как штампов) на границу упругого полупространства. Его рабочее поле представляет собой изготовленную из блоч-
ЯРисулки, отмеченные звездочкой, см. на вклейке.
4 5
Блок-схема электроаналоговой установки: 1 —электролити ческая ванна; 2 —многоканальный коммутатор; 3 — блок автоматического опроса; 4 —блок структурного соединения; 5 - блок управления и синхронизации; 6 — цифровой изме
рительный комплекс
ного оргстекла электролитическую ванну с внутренними раз мерами 5 3 0 x 5 0 5 x 5 5 0 мм, заполняемую электролитом - водопроводной водой. При подаче разности потенциалов на установленные в ванне электроды в рабочем объеме послед ней возникает электрическое поле исследуемой функции.
Наборное поле служит для задания соответствующих ве личин переменных резисторов, определяемых параметрами моделируемых целиков, окружающего выработку породного массива и соотношением масштабных коэффициентов. Оно состоит из 8 0 8 регулируемых резисторов, укрепленных на внутренней передней панели с ручками настройки, выведен ными на лицевую сторону установки. Каждая пара резисто ров представляет регулируемый элемент наборного поля. Причем последовательное соединение переменных резисторов с соотношением номиналов 1:30 обеспечивает плавную регу лировку в пределах изменения сопротивления элемента поля
'^1/ |
£{ 0 |
3 |
( |
|
|
I |
^ -с— |
|
1п |
- минимальная устанавливаемая |
|||
ZtvliH |
|
|
|
|
||
величина) |
с точностью |
установки , в середине шкалы 0 ,2-0 ,3%. |
||||
Максимальная величина сопротивления регулируемого |
||||||
элемента 6 8 0 |
ом — 100 кОм. Общие шины от каждой сотни |
|||||
регулируемых элементов в этом интервале подаются на соот ветствующее следящее устройство коммутационного блока. Четыре пары низкоомных резисторов ( 11 ом) служат для задания параметров модели широких (опорных) целиков. Многоканальный коммутатор позволяет избирательно измерять параметры любого из 4 0 4 участков электрической цепи; он
.выполнен По матричной схеме, содержит 436 двухключевых реле и 4 6 2 полупроводниковых диода. Коммутатором обеспе чивается необходимое формирование электрической схемы подключения прибора при измерении силы тока, напряжения или сопротивления.
Блок автоматического опроса выполнен на трех шаговых „искателях и служит для программируемого измерения электри ческих параметров, модели. Режим его. работы может быть непрерывным с запускающими импульсами 10+2 с. либо цик лически непрерывным —3+0,5 с. В первом режиме работы при автоматическом опросе регистрируется один из выбранных
4 7
электрических параметров, во втором - поочередно любые два из трех видов (сопротивление, напряжение, сила тока), причем последовательность измерения параметров можно за дать заранее и изменять ее в процессе измерения. В каче стве источника запускающих импульсов используется R.C- генератор, активной нагрузкой которого служит обмотка электромагнитного реле. Блок структурного соединения, вы полненный также на электромагнитных реле, предназначен для построения модели исследуемой полости (выработанного пространства). Причем переключением шин, соответствующих каждой сотне регулируемых элементов наборного поля, можно сформировать либо модель одной полости (выработанного пространства), содержащей до 4 0 0 целиков, либо модель двух полостей, расположенных одна над другой и содержащей в каждой полости не более 1 0 0 ,( целиков. С помощью этого блока производится также выбор необходимых, резисторов, номиналы которых соответствуют условиям решаемой задачи.
Блок управления и синхронизации обеспечивает связь оператора с рассмотренными выше функциональными устрой ствами установки. Посредством блока можно производить адресную или поочередно одноразовую коммутацию измери тельного прибора с моделью, осуществлять запуск регистри рующего прибора, ступенчатую и плавную регулировку пита ния, измерение с помощью дополнительных приборов пара метров модели. Блок снабжен устройством, синхронизирующим регистрацию определенных параметров модели и осуществгляет необходимую задержку импульсов начала регистрации цифропечатающим устройством.
В электроаналоговой установке применяли цифровой из мерительный комплекс Р 3 86 К, состоящий из ампервольтомметра типа Р 386 для измерения напряжения и силы переменного тока, а также сопротивления постоянному току иПиф'ропечатающего устройства Ф 5 0 3 3 , в котором регистри рующим устройством служит электроуправляемая цифропечатаюшая машина ЭУМ-23. Класс точности прибора Р 3 8 6 при измерении напряжения и силы переменного тока составляет соответственно 0 ,2/ 0 ,1 и 0 ,5 / 0 ,2.
На электроаналоговой установке проведена серия конт
4 8